JPH07314688A

JPH07314688A - インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH07314688A
Application number: JP11717894A
Authority: JP
Inventors: Takumi Suzuki; 工鈴木; Toshihiro Mori; 利浩森; Teruo Ozaki; 照夫尾崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1995-12-05

Abstract

(57)【要約】【目的】ヘッド温度検出手段の温度検出性能をより向
上させ、かつヘッドの温度上昇を抑えたインクジェット
ヘッドおよびインクジェット記録装置を提供する。【構成】熱作用面上のインクに直接熱エネルギーを与
えてインクを吐出するために利用される当該熱エネルギ
ーを通電によって発生する発熱抵抗体１を有する電気熱
変換体を具備し、かつ互いに独立した２個以上の液室
（インク溜め）を有するインクジェットヘッドにおい
て、ヘッドの温度検出ぶ５が、ヘッドの端部以外に設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
およびインクジェット記録装置に関し、特にカラー印字
や多値ヘッドにおいて温度上昇を抑制するものである。
なお、ここで、記録とは、布、糸、紙、シート材等のイ
ンク付与を受けるインク支持体全てへのインク付与等
（プリント）を含むもので、記録装置は、各種情報処理
装置全てあるいはその出力器としてのプリンタを含むも
のであり、本発明はこれらへの用途が可能なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ノンインパクトプリンタの需要は
その静音設計、高印字品位、ランニングコストの低さか
らますます高くなっている。この需要に答えるため各社
からいろいろなプリンターが提供されているが、まだそ
の要求に完全に合った製品はない。したがって、上記要
求を十分満足する必要がある。

【０００３】米国特許第４７２３１２９号明細書や米国
特許第４７４０７９６号明細書等に記載されているイン
クジェット方式は、高速高密度で高精細高画質の記録が
可能で、かつカラー化、コンパクト化に適しており、近
年とみに注目を集めている。この方式を用いる装置の代
表例においては、インク（記録用液体等）を熱エネルギ
ーを利用して吐出させるため、インクに熱を作用させる
熱作用部が存在する。すなわち、インク路に対応して熱
作用部を有する発熱抵抗体を設け、この発熱抵抗体から
発生した熱エネルギーを利用してインクを急激に過熱し
て発泡させ、この発泡によってインクを吐出するもので
ある。

【０００４】この熱作用部は、対象物に熱を作用させる
という観点からすると、従来のいわゆるサーマルヘッド
の構成と一見類似している部分もあるが、熱作用部がイ
ンクに直接接する点や、熱作用部がインクの発泡と消泡
の繰り返しによる機械的衝撃（キャビテーションエロー
ジョン）にさらされるという点、また熱作用部が１０ ^-1
〜１０μｓｅｃというオーダーの極めて短い時間に１０
００度近い温度の上昇および下降にさらされるといった
点などで、サーマルヘッドとはその根本技術が大きく異
なる。従って、サーマルヘッド技術をバブルジェット技
術にそのまま適用することができないことは言うまでも
ない。すなわち、サーマルヘッド技術とインクジェット
技術とを同列に論じることはできない。

【０００５】ところで、インクジェットヘッドの熱作用
部については、それが前述したような厳しい環境にさら
されるため、発熱抵抗体上に保護膜として例えばＳｉＯ
₂ ，ＳｉＣ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等からなる電気的絶縁性層と、
さらにその上にＴａ等からなる対キャビテーションエロ
ージョン層とを設ける構造とし、使用環境から熱作用部
を保護するのが一般的である。それを用いた熱インクジ
ェットヘッドの提言が成されているが、最近のカラーに
対応したプリンタには、複数のヘッドを用いたインクジ
ェット装置と、一ヘッド内に複数のインクを供給するこ
とで、小型で安価なカラーインクジェットプリンタが有
る。前記プリンタは複数のヘッドを使用するためコスト
が高く、徐々に後述のヘッド一体型カラープリンタに技
術は移行しつつ有る。この複数の色を一ヘッド内に持つ
一体型ヘッドは、特定の色を打ち続けるとヘッド温度が
高くなり、今まで未使用だった色を打とうとすると吐出
口のインクが固まってしまい、印字不能となることがあ
った。

【０００６】また、冬や寒冷地で印字を行おうとすると
き、環境温度が低過ぎるとインクの粘度が高く十分な品
位の印字が得られないため、ヘッドの温度が基準以下に
なったときにはヘッドを暖めるという操作が必要であ
る。

【０００７】前述の不良原因は主に印字による熱がヘッ
ド全体の温度を上昇させるためにインク内の溶剤や水分
が蒸発してしまうことにある。

【０００８】これを解決するためにヘッドに温度検出手
段を設けパルス幅の制御やパルス数の制限によってヘッ
ドの温度上昇を抑える工夫が成されている。しかし、従
来構造では温度の検出部が基板の端部に位置し、その両
端の温度の平均でヘッド全体の温度を検出するので、使
用頻度が高い色の周辺部は温度が高くなり、この使用頻
度が高い色のヘッドに隣接している未使用の色のインク
はその液体が蒸発し、実際に使用する場合に吐出不能と
なることがある。

【０００９】さらに、印字の寿命を考慮して設計を行う
場合は最も使用頻度の高い色が前述の寿命を満足するよ
うに設計するため、保護膜はこの最も使用頻度の高い色
に対応した保護膜の膜厚に合わせられているため他の色
では不必要な膜厚になっている（印字寿命は保護膜の厚
さに比例する）。

【００１０】そのため、印字頻度の低い色を使用すると
きのエネルギー使用効率が低く、印字中に基板の温度を
上昇させる結果となる。

【００１１】また、逆にヘッドの温度が低い場合インク
の粘度が高くなりインクの吐出量が少なくなるが、これ
を防ぐためにヘッド内にヘッドを適正な温度に維持する
ための温調ヒータが具備されている。前述の温度検出手
段と後述の温調ヒータは通常同一平面内の近接した位置
に具備されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように配置さ
れている温調ヒータと温度検出手段はその位置的状況か
ら温調ヒータが加熱をするとヘッド全体が暖まる前にす
ぐ近傍に有る温度検出手段が温度を検知し加熱を止めて
しまう。したがってヘッドの温度は正確にコントロール
することが不可能で有るという欠点を有する。

【００１３】また、従来のＴＣＲ（熱抵抗係数）を用い
た温度センサでは、抵抗の変化を温度の変化として用い
るために初期の抵抗値を大きく取る必要が有る。ところ
がインクジェットヘッドの温度センサをインクを吐出す
るための吐出ヒータや温調ヒータと同一平面内に納めた
ものは、上述の抵抗値を大きくするためにセンサの面積
を大きくすると基板コストが上昇するので、基板サイズ
は大きくすることができない。したがって、従来の様に
基板加熱ヒータ（温調ヒータ）と温度検出手段をほぼ同
一の場所に配置するものは、抵抗値を大きく取れないの
で温度検出感度が低く正確な温度制御ができないという
欠点を有する。

【００１４】本発明の目的は、このような事情に鑑み、
ヘッド温度検出手段の温度検出性能をより向上させ、か
つヘッドの温度上昇を抑えたインクジェットヘッドおよ
びインクジェット記録装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の第１のインクジェットヘッドは、インクを吐出する
ために利用される当該熱エネルギーを発生する発熱抵抗
体を持つ複数の電気熱変換体で構成される群を有するイ
ンクジェットヘッドであって、ヘッドの温度検出手段
が、前記複数の電気熱変換体群が設けられた基板と同じ
基板上の前記群の間に設けられていることを特徴とす
る。

【００１６】本発明の第２のインクジェットヘッドは、
第１ののインクジェットヘッドにおいて、前記電気熱変
換体の群に対応して、互いに独立する複数の液室が具備
されることを特徴とする。

【００１７】本発明の第３のインクジェットヘッドは、
第２のインクジェットヘッドにおいて、前記温度検出手
段が、互いに独立した２個以上の液室の少なくとも一つ
以上の液室内に具備されたことを特徴とする。

【００１８】本発明の第４のインクジェットヘッドは、
第１のインクジェットヘッドにおいて、前記温度検出手
段が、前記電気熱変換体の群の内、最も使用頻度の高い
群とこれに隣接する群の間に具備されたことを特徴とす
る。

【００１９】本発明の第５のインクジェットヘッドは、
第２のインクジェットにおいて、前記温度検出手段が、
互いに独立した２個以上の液室のうち、少なくとも最も
使用頻度の高い群に対応した液室内に具備されることを
特徴とする。

【００２０】本発明の第６のインクジェットヘッドは、
第１のインクジェットへッドにおいて、温度検出手段
は、インクジェットヘッドの基板の短辺と平行に具備さ
れその温度検出範囲の長さは前記発熱抵抗体の長さより
長いことを特徴とする。

【００２１】本発明の第７のインクジェットヘッドは、
熱作用面上のインクに直接熱エネルギーを与えてインク
を吐出するために利用される前記熱エネルギーを通電に
よって発生する発熱抵抗体を有する電気熱変換体を具備
し、かつ互いに独立する２個以上の液室を有するインク
ジェットヘッドにおいて、温度を検出する手段が、当該
インクジェットヘッドの基板の短辺の長さに渡りかつ外
部接続部を除いた部分に設けたことを特徴とする。

【００２２】本発明の第８のインクジェットヘッドは、
第７のインクジェットヘッドにおいて、前記温度検出手
段が、ヘッド温度制御用ヒータとヘッドの基板の短辺に
平行な同一直線上にないことを特徴とする。

【００２３】本発明の第９のインクジェットヘッドは、
第７のインクジェットヘッドにおいて、前記温度検出手
段が、ヘッドの端部以外に設けられたことを特徴とす
る。

【００２４】本発明の第１０のインクジェットヘッド
は、第７のインクジェットヘッドにおいて、前記温度検
出手段が、互いに独立する２個以上の液室の少なくとも
１つ以上の間に具備されることを特徴とする。

【００２５】本発明の第１１のインクジェットヘッド
は、第７のインクジェットヘッドにおいて、前記温度検
出手段が互いに独立した２個以上の液室の少なくとも一
つ以上の液室内に具備されたことを特徴とする。

【００２６】本発明の第１２のインクジェットヘッドは
第７のインクジェットヘッドにおいて、前記温度検出手
段が、互いに独立した２個以上の液室の色の内最も使用
頻度の高い色に隣接して最も使用頻度の高い液室とこれ
に隣接する液室の間に具備されたことを特徴とする。

【００２７】本発明の第１３のインクジェットヘッド
は、第７のインクジェットヘッドにおいて、前記温度検
出手段が、互いに独立した２個以上の液室の色のうち、
少なくとも最も使用頻度の高い色の液室内に具備された
ことを特徴とする。

【００２８】本発明の第１４のインクジェットヘッド
は、熱作用面上のインクに直接熱エネルギーを与えてイ
ンクを吐出するために利用される前記熱エネルギーを通
電によって発生する発熱抵抗体を有する電気熱変換体を
具備し、かつ互いに独立した２個以上の液室を有するイ
ンクジェットヘッドにおいて、前記発熱抵抗体の保護膜
は、少なくとも１個以上の液室内の発熱ヒータの保護膜
の膜厚が他の液室内の発熱ヒータの保護膜の膜厚と異な
ることを特徴とする。

【００２９】本発明の第１５のインクジェットヘッド
は、第１４のインクジェットヘッドにおいて、前記保護
膜は２層構造であり、その一部は２層の保護膜の１層を
除去することにて膜厚を変えていることを特徴とする。

【００３０】本発明の第１６のインクジェットヘッド
は、第１４ののインクジェットヘッドにおいて、前記保
護膜を３層以上の構造とし、その一部は３層の最上部を
除去することにより膜厚を変えていることを特徴とす
る。

【００３１】本発明の第１７のインクジェットヘッド
は、第１４のインクジェットヘッドにおいて、保護膜の
一部は、液体によるエッチングで膜厚を変えていること
を特徴とする。

【００３２】本発明の第１８のインクジェットヘッド
は、第１４のインクジェットヘッドにおいて、保護膜の
一部は、気体を用いたプラズマエッチングで膜厚を変え
ていることを特徴とする。

【００３３】本発明の第１９のインクジェットヘッド
は、第１６のインクジェットヘッドにおいて、保護膜の
中間第２層は最上層の材料と選択的にエッチングが可能
な材料で有ることを特徴とする。

【００３４】本発明の第２０のインクジェットヘッド
は、第１４〜１８の何れかのインクジェットヘッドにお
いて、保護膜がＳｉ₃ Ｎ₄ とＴａとからなり、当該保護
膜を１層とするにはＴａをエッチングしたものであるこ
とを特徴とする。

【００３５】本発明の第２１のインクジェットヘッド
は、第１４〜１９の何れかのインクジェットヘッドにお
いて、前記保護膜がＳｉ₃ Ｎ₄ とＡｌとＴａとからな
り、当該保護膜を１層とするにはＴａをエッチングした
ものであることを特徴とする。

【００３６】本発明の第２２のインクジェットヘッド
は、第１４のインクジェットヘッドにおいて、保護膜が
Ｓｉ₃ Ｎ₄ とＡｌとＳｉ₃ Ｎ₄ からなり、当該保護膜の
一部は、最上層のＳｉ₃ Ｎ₄ をエッチングすることによ
り膜厚が変えられていることを特徴とする。

【００３７】本発明の第２３のインクジェット記録装置
は、第１〜２２の何れかのインクジェットヘッドを具え
たインクジェット記録装置であって、前記インクジェッ
トヘッドが記録装置本体に対して着脱可能であることを
特徴とする。

【００３８】

【作用】本発明は、ヘッド内に互いに独立した２個以上
の液室を有するヘッドにおいて最も使用頻度の高い色
と、それに隣接する色との間に温度検出手段を設けるこ
とで、ヘッドの温度上昇具合を正確に把握することを可
能とする。

【００３９】また、ヘッド加熱用ヒータから位置を遠く
することでヘッド加熱の温度をヘッド全体の温度として
捕らえることを可能とする。

【００４０】また、ヘッド基板の短辺と平行にできるか
ぎり温度センサの面積を大きく取り、温度検出の能力を
向上させるもので有る。

【００４１】さらに、２個以上の液室のうち少なくとも
１個以上の最も使用頻度の高いヘッドの保護膜の膜厚は
厚くし、他の色の保護膜の膜厚は薄くすることで、エネ
ルギーの使用効率をヘッド全体で良くし、ヘッド全体の
温度上昇を抑えることで、常に良好な印字品位を保つイ
ンクジェットプリンターを提供するものである。

【００４２】さらに詳言すると、本発明では、使用頻度
が高い色とそれに隣接する色の間にヘッドの基板短辺の
長さにほぼ等しい長さと充分な幅を持った温度検出面積
内に多数回折返した薄膜抵抗を設け、ヘッドの微小な温
度に対しても十分な抵抗変化をする様にして、印字時の
ヘッドの温度上昇を最適にコントロールできるようにし
て、長時間未使用で有った色の不吐出を防ぐと共に、環
境温度が低く適温になっていないときのヘッド加熱で
は、ヒータから前述の温度検出手段が遠く離れているの
でヒータが充分ヘッドを暖めた温度を検出できるように
なり最適なヘッド温度で印字することが可能になり、印
字品位の向上に役立つ。

【００４３】また、ヘッド内の最も使用頻度の高い色の
保護膜は、他の色よりも厚くすることで印字寿命を満足
して、他は、最適な保護膜膜厚で印字効率を良くし、ヘ
ッドの温度上昇を最低限に抑えることができるようにな
る。

【００４４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００４５】図１は、本発明の一実施例であって、１お
よび２は電気熱変換体を構成する発熱抵抗体と配線導体
であり、３はヘッド加熱ヒータ、４は基板、５は温度検
出部である。

【００４６】図を用いて本実施例の製造方法を説明す
る。

【００４７】熱酸化膜付Ｓｉウェハー上にＨｆＢ₂ Ｔｉ
Ａｌを順次スパッタし、フォトリソ法によりレジストパ
ターンを形成し、Ａｌを硝酸、燐酸系のエッチング液で
エッチングする。次いで、Ａｌのレジストを剥離した
後、ＨｆＢ₂ のレジスト形成を行う。ＨｆＢ₂ のエッチ
ングは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いてドラ
イエッチングを行う。アッシングによってレジストを剥
離してから、抵抗の高温での酸化とインクのあわが消え
るときに発生するキャビテーションから抵抗を保護する
膜として、Ｓｉ₃ Ｎ₄ とＴａとを順次スパッタする。先
ず上部のＴａ膜をエッチングするためのレジストパター
ンを形成する。キャビテーションを必要とする部分のＴ
ａを残し、他はエッチングで除去してしまう。次いで、
保護膜の下にある配線と外部との接続用のスルーホール
を保護膜に開けるためレジストパターンを形成し、Ｓｉ
₃ Ｎ₄ をエッチングする。インク流路の形成はこのウェ
ハ状態でドライフィルムを溶着後、露光現像にて行い、
上部の天板を接着する。この天板はインクを導入するた
めの穴が開けられており、インク吐出口にごみが混入す
るのを防止するためにフィルタが前記インク導入穴に接
着されている。その後、インクカートリッジからインク
を供給するパイプを接続し、全体の保持を行うカバーを
接着して本実施例のインクジェットヘッドは完成する。
本実施例においては図１に示すように、黒（Ｂｋ），イ
エロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）のそれぞ
れのインクを吐出するために設けられた電気熱変換体群
（本実施例ではそれぞれ黒インク部，イエロー部，マゼ
ンタ部，シアン部ともいう）、黒インク部Ｂｋとシアン
部Ｃの間に温度を検出するための温度センサとしてＡ１
を蛇行状にパターニングし、Ａ１のＴＣＲ（熱温度係
数）を利用してヘッドの基板温度を検出する手段を形成
する。ヘッドの温度を上昇させるためのヒータは、基板
の端部（両側）に形成する。

【００４８】図２は本発明による、温度検出手段を設け
たヘッド用基板を模式的に表したものである。図３は、
黒印字時のヘッド温度上昇を表した図であり、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ′断面での温度分布、（ｃ）はＢ−Ｂ′
線での温度分布であり、図４は、ヘッド加熱ヒータを駆
動したときの温度分布を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ′断面での温度分布、（ｃ）はＢ−Ｂ′線での温度分
布である。

【００４９】一方、図５および図６は、温度検出手段を
設けた背景技術のヘッド用基板を表す。そして、図７は
温度検出手段を設けた背景技術のヘッド用基板を有する
ヘッドを用いて黒を印字したときのヘッド温度上昇の具
合を表した図であり、図８は、ヘッド加熱ヒータを駆動
したときの温度分布を模式的に表した図である。

【００５０】これらの図からわかるように、最も使用頻
度の高い黒を印字したときにヘッドの温度上昇は、黒の
液室付近が最も高くそこから徐々に温度が広がってい
る。ところが、背景技術の構造の基板では、温度検出手
段５がヘッドの両端に設けられているため、黒に近い方
の温度検出手段は高い温度を示すが、他端ではまだ低い
温度を示している。このため、ヘッド全体の温度を低く
見積り黒に隣接した色（本発明ではシアン（青）Ｃ）の
温度は制御すべき値（シアンのインクが蒸発する温度）
であるにもかかわらず温度制御を行わない。このことか
ら頻繁にインク吸引を行う必要がありインク消費量が多
くなる。一方、本発明による構造では、使用頻度の高い
黒に隣接した部分に温度検出手段を設けているので、黒
印字時にヘッドが高温になる前に温度検出手段は温度制
御開始値に達し、温度制御を行う。したがって、黒に隣
接した色のインク蒸発も少なく良好な印字がいつでも行
えるようになる。

【００５１】図８は、背景技術のヘッドの温調（ヘッド
加熱）ヒータを駆動したときの状況を示したもので有る
が、ヒータと温度検出手段が隣接しているため、ヘッド
温度が低いときにヒータが駆動してもすぐに温度検出手
段が規定温度と判断しそのままでは加熱をやめてしまう
ため、ヘッド全体を適性温度とするには必要以上に加熱
する必要があり、ヒータ近傍はかなりの高温になる。と
ころが、本発明によると、ヒータ近傍は高温になるが温
度検出部がヒータからはなれているため、加熱した熱が
すぐに温度検出部には伝わらず、ヘッド全体が均一な温
度になるように温度検出手段で制御が可能となる。

【００５２】図９は本発明の他の実施例にかかるインク
ジェットヘッド用基板を模式的に示したものである。製
造方法は、図１に示す実施例と同様である。本発明は温
度検出手段の大きさを背景技術の構造と比較してヘッド
の短辺方向に長く伸ばし、温度検出面積を大きくすると
共に温度検出に用いる薄膜抵抗の抵抗値を大きくして、
温度変化に対する抵抗の変化量を大きくするようにした
ものである。図１０は、本発明による温度検出手段の抵
抗値と背景技術の構造による抵抗値の比較を示し、さら
に温度に対する抵抗値変化量を模式的に示しており、抵
抗値を大きくした本発明の方が温度変化に対する抵抗の
変化量が大きいことを示している。

【００５３】本発明の温度検出手段はＡｌの薄膜抵抗を
用いている。ＡｌのＴＣＲは４×１０^-3／℃であるの
で、抵抗変化率は背景技術の構造も本発明も等しいが、
初期抵抗を本発明は大きく取れるので、温度に対する抵
抗変化量は本発明によるものの方が大きい。従って、検
出感度も本発明によるものの方が大きいのは言うまでも
ない。

【００５４】このように温度検出手段の温度検出手段の
抵抗を大きく取ることで、温度に対する抵抗値変化量を
大きくすることができ、温度検出感度を高くすることが
可能になる。

【００５５】また、図１１は、図１の他の実施例を示す
もので、使用頻度の高い黒と他の色の間と、使用頻度は
余り高くないマゼンタＭ、シアンＣ、イエローＹの中に
さらに温度検出部５を位置し、温度の変化に対する色調
の変化を補正するためのセンサとしたものである。これ
によれば、黒色を使用中には黒と他の色の間のセンサを
用いて使用していない色の固着を防止し、黒以外の色を
使用しているときには、その色間のセンサを使用してヘ
ッド温度の変化に対する色調の変化を補正するように使
用することができる。

【００５６】図１２は、本発明の他の実施例を示す斜視
図である。この実施例では、基板４上の抵抗体１および
配線２を覆うように保護膜６および７が設けられてお
り、使用頻度の低い色Ａの部分では保護膜６のみが、使
用頻度の高い色Ｂの部分では保護膜６および７が設けら
れている。なお、図１３（ａ），（ｂ）に、使用頻度の
低い色Ａおよび使用頻度の高い色Ｂの部分の断面を示
す。

【００５７】次に、この製造方法の一例を説明する。

【００５８】熱酸化膜付Ｓｉウェハ上にＨｆＢ₂ ＴｉＡ
ｌを順次スパッタし、フォトリソグラフィ法によりレジ
ストパターンを形成し、Ａｌを硝酸、燐酸系のエッチン
グ液でエッチングする。次いで、Ａｌのレジストを剥離
した後ＨｆＢ₂ のレジスト形成を行う。ＨｆＢ₂ のエッ
チングはＲＩＥを用いてドライエッチングを行う。アッ
シングによってレジストを剥離してから、抵抗の高温で
の酸化とインクのあわが消える時発生するキャビテーシ
ョンから抵抗を保護する膜として、Ｓｉ₃ Ｎ₄とＴａを
順次スパッタする。先ず上部のＴａ膜をエッチングする
ためのレジストパターンを形成する。使用頻度の高い色
の部分のＴａを残し、他の使用頻度の低い色のＴａはエ
ッチングで除去してしまう。このとき、Ｔａの耐キャビ
テーション性とＳｉ₃ Ｎ₄ の耐キャビテーション性はほ
ぼ等しく、耐久時間は膜厚に比例する。したがって、Ｔ
ａとＳｉ₃ Ｎ₄ の膜厚は上記理論に基づき使用頻度の高
い色と低い色の予想印字数がＴａを設けた場合と除去し
た場合とで寿命が等しくなるように設計する。次いで、
保護膜の下部にある配線と外部との接続用のスルーホー
ルを保護膜に開けるためレジストパターンを形成し、Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ をエッチングする。インク流路の形成はこのウ
ェハ状態でドライフィルムを溶着後露光現像にて行い、
上部の天板を接着する。この天板はインクを導入するた
めの穴が開けられており、インク吐出口にごみが混入す
るのを防止するためにフィルタが前記インクが導入穴に
接着されている。その後、インクカートリッジからイン
クを供給するパイプを接続し、全体の保持を行うカバー
を接着して本発明によるインクジェットヘッドは完成す
る。

【００５９】図１４に本発明の他の実施例を示す。本実
施例では、基板４上の抵抗体１および配線２を覆うよう
に第１の保護膜６、第２の保護膜８および第３の保護膜
９が設けられている。この断面図は、使用頻度の高い色
の部分を示し、使用頻度の低い色の部分では保護膜６お
よび８のみが設けられるようにする。

【００６０】この場合、前述の様に配線パターンを形成
したウェハに第１の保護膜としてＳｉ₃ Ｎ₄ をスパッタ
し、第２の保護膜としてはＡｌをスパッタする。第３の
保護膜はＴａ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等比較的簡便な方法でエッチ
ング可能な材料を使用する。これを前述のように使用頻
度の高い色には第１から第３までの保護膜を残し、他の
使用頻度の低い色は第１と第２の保護膜を残す。第２の
保護膜は第３の保護膜をエッチングするとき、第１の保
護膜がエッチングされることがないようにエッチングス
トップ膜として機能する。膜厚は１００ｎｍ程度でよ
い。

【００６１】上記形成方法で制作されたインクジェット
ヘッドを用いて印字したところ、第一の発明では、温度
検出手段を使用頻度の高いヘッドの近傍に位置すること
と、ヘッド加熱ヒータを遠ざけて位置することで、適正
な温度特性を得、速やかなヘッドの温度制御が可能とな
る。なお、図１５は、上述した実施例の保護膜膜厚とヘ
ッドの耐久寿命との関係を示したものである。

【００６２】このように保護膜の膜厚を適正化すること
によって、ヘッド温度の上昇を極力押さえることが可能
となり、不使用の色のインクの蒸発を少なくし、ヘッド
温度の影響によるインク不吐出を防ぐことが可能とな
る。

【００６３】図１６は、以上のように構成されるインク
ジェットヘッドを採用したインクジェットカートリッジ
ＩＪＣが搭載されるインクジェット記録装置の一例の概
観図を示す。このインクジェット記録装置ＩＪＲＡは、
駆動モータの２０１０の正逆回転に連動して駆動力伝達
ギア２０２０，２０３０を介して回転するリードスクリ
ュー２０４０を有する。インクジェットカートリッジＩ
ＪＣが載置されるキャリッジＨＣは、キャリッジ軸２０
５０およびリードスクリュー２０４０に支持され、リー
ドスクリュー２０４０のら線溝２０４１に対して係合す
るピン（不図示）を有しており、リードスクリュー２０
４０の回転に伴って、矢印ａ，ｂ方向に往復移動され
る。２０６０は紙押え板であり、キャリッジ移動方向に
わたって紙Ｐをプラテンローラ２０７０に対して押圧す
る。２０８０および２０９０はフォトカプラで、これら
は、キャリッジＨＣに設けられたレバー２１００のこの
域での存在を確認してモータ２０１０の回転方向切換等
を行うためのホームポジション検知手段として動作す
る。２１１０は記録ヘッドの前面をキャップするキャッ
プ部材であり、支持部材２１２０により支持されてい
る。２１３０はこのキャップ内を吸引する吸引手段であ
り、キャップ内開口を介して記録ヘッドの吸引回復を行
う。記録ヘッドの端面をクリーニングするクリーニング
ブレード２１４０は、前後方向に移動可能に部材２１５
０に設けられており、これらは本体支持板２１６０に支
持されている。ブレード２１４０はこの形態に限定され
ず、周知のクリーニングブレードが本例に適用できるこ
とはいうまでもない。また、２１７０は吸引回復の吸引
を開始するためのレバーであり、キャリッジＨＣと係合
するカム２１８０の移動に伴って移動するようになって
おり、これにより駆動モータ２０１０からの駆動力がク
ラツチ切換等の公知の伝達手段で移動制御される。

【００６４】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジＨＣがホームポジシヨン側領域に
きたときにリードスクリユー２０４０の作用によってそ
れらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されて
いるが、周知のタイミングで所望の作動を行うようにす
れば、本例には何れも適用できる。上述における各構成
は単独でも複合的に見ても優れた発明であり、本発明に
とって好ましい構成例を示している。

【００６５】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が
達成できるからである。

【００６６】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐
出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第
４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。

【００６７】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体
の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４
５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【００６８】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や
装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチ
ップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一
体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００６９】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００７０】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００７１】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。

【００７２】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
温度検出手段の設置位置を適正化し、温度検出感度を大
きく取り、保護膜の膜厚を最適化する事をコストの上昇
無しに行うことが可能で、印字時のヘッド温度上昇を早
く制御して、インクの不吐出を防ぎ、また、低温時のヘ
ッド加熱は、適切な温度制御ができ、印字のエネルギー
効率を向上するという効果を奏するインクジェットヘッ
ドおよびインクジェット記録装置を安価に提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの一実施例の構
造を説明する図である。

【図２】本発明の一実施例の構造の部分を示す模式図で
ある。

【図３】本発明の一実施例のインクジェットヘッドの黒
印字時の温度分布を説明する模式図である。

【図４】本発明の一実施例のインクジェットヘッドのヘ
ッド加熱ヒータ駆動時の温度分布を説明する模式図であ
る。

【図５】従来構造によるインクジェットヘッドの構造を
説明する図である。

【図６】従来構造によるインクジェットヘッドの構造を
説明する図である。

【図７】従来構造によるインクジェットヘッドの黒印字
時の温度分布を説明する模式図である。

【図８】従来構造によるヘッド加熱ヒータ駆動時の温度
分布を説明する模式図である。

【図９】本発明による他の実施例にかかるインクジェッ
トヘッドを示す模式図である。

【図１０】本発明と従来構造による温度検出量の比較を
説明する図である。

【図１１】本発明による他の実施例にかかるインクジェ
ットヘッドを示す模式図である。

【図１２】本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図１３】図１２の断面図である。

【図１４】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図１５】保護膜と印字耐久寿命の関係を示す図であ
る。

【図１６】本発明のインクジェット記録装置の一例を示
す概略図である。

【符号の説明】

１発熱抵抗体２配線導体３ヘッド加熱ヒータ４基板５温度検出部６第１の保護膜７第３の保護膜８第２の保護膜

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ４１Ｊ 3/04 １０４Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出するために利用される当該
熱エネルギーを発生する発熱抵抗体を持つ複数の電気熱
変換体で構成される群を有するインクジェットヘッドで
あって、ヘッドの温度検出手段が、前記複数の電気熱変換体群が
設けられた基板と同じ基板上の前記群の間に設けられて
いることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】請求項１記載のインクジェットヘッドに
おいて、前記電気熱変換体の群と対応して、互いに独立
する複数の液室が具備されることを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
【請求項３】請求項２記載のインクジェットヘッドに
おいて、前記温度検出手段が、互いに独立した２個以上
の液室の少なくとも一つ以上の液室内に具備されたこと
を特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】請求項１記載のインクジェットヘッドに
おいて、前記温度検出手段が、前記電気熱変換体の群の
内、最も使用頻度の高い群とこれに隣接する群の間に具
備されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】請求項２記載のインクジェットヘッドに
おいて、前記温度検出手段が、互いに独立した２個以上
の液室の色のうち、少なくとも最も使用頻度の高い群に
対応した液室内に具備されることを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
【請求項６】請求項１記載のインクジェットへッドに
おいて、温度検出手段は、インクジェットヘッドの基板
の短辺と平行に具備されその温度検出範囲の長さは前記
発熱抵抗体の長さより長いことを特徴とするインクジェ
ットヘッド。
【請求項７】熱作用面上のインクに直接熱エネルギー
を与えてインクを吐出するために利用される前記熱エネ
ルギーを通電によって発生する発熱抵抗体を有する電気
熱変換体を具備し、かつ互いに独立する２個以上の液室
を有するインクジェットヘッドにおいて、温度を検出する手段が、当該インクジェットヘッドの基
板の短辺の長さに渡りかつ外部接続部を除いた部分に設
けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】請求項７記載のインクジェットヘッドに
おいて、前記温度検出手段が、ヘッド温度制御用ヒータ
とヘッドの基板の短辺に平行な同一直線上にないことを
特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項９】請求項７記載のインクジェットヘッドに
おいて、前記温度検出手段が、ヘッドの端部以外に設け
られたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】請求項７記載のインクジェットヘッド
において、前記温度検出手段が、互いに独立する２個以
上の液室の少なくとも１つ以上の間に具備されることを
特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１１】請求項７記載のインクジェットヘッド
において、前記温度検出手段が互いに独立した２個以上
の液室の少なくとも一つ以上の液室内に具備されたこと
を特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１２】請求項７記載のインクジェットヘッド
において、前記温度検出手段が、互いに独立した２個以
上の液室の色の内最も使用頻度の高い色に隣接して最も
使用頻度の高い液室とこれに隣接する液室の間に具備さ
れたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１３】請求項７記載のインクジェットヘッド
において、前記温度検出手段が、互いに独立した２個以
上の液室の色のうち、少なくとも最も使用頻度の高い色
の液室内に具備されたことを特徴とするインクジェット
ヘッド。
【請求項１４】熱作用面上のインクに直接熱エネルギ
ーを与えてインクを吐出するために利用される前記熱エ
ネルギーを通電によって発生する発熱抵抗体を有する電
気熱変換体を具備し、かつ互いに独立した２個以上の液
室を有するインクジェットヘッドにおいて、前記発熱抵抗体の保護膜は、少なくとも１個以上の液室
内の発熱ヒータの保護膜の膜厚が他の液室内の発熱ヒー
タの保護膜の膜厚と異なることを特徴とするインクジェ
ットヘッド。
【請求項１５】請求項１４記載のインクジェットヘッ
ドにおいて、前記保護膜は２層構造であり、その一部は
２層の保護膜の１層を除去することにて膜厚を変えてい
ることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１６】請求項１４記載のインクジェットヘッ
ドにおいて、前記保護膜を３層以上の構造とし、その一
部は３層の最上部を除去することにより膜厚を変えてい
ることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１７】請求項１４記載のインクジェットヘッ
ドにおいて、保護膜の一部は、液体によるエッチングで
膜厚を変えていることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
【請求項１８】請求項１４記載のインクジェットヘッ
ドにおいて、保護膜の一部は、気体を用いたプラズマエ
ッチングで膜厚を変えていることを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
【請求項１９】請求項１６記載のインクジェットヘッ
ドにおいて、保護膜の中間第２層は最上層の材料と選択
的にエッチングが可能な材料で有ることを特徴とするイ
ンクジェットヘッド。
【請求項２０】請求項１４〜１８の何れかに記載のイ
ンクジェットヘッドにおいて、保護膜がＳｉ₃ Ｎ₄ とＴ
ａとからなり、当該保護膜を１層とするにはＴａをエッ
チングしたものであることを特徴とするインクジェット
ヘッド。
【請求項２１】請求項１４〜１９の何れかに記載のイ
ンクジェットヘッドにおいて、前記保護膜がＳｉ₃ Ｎ₄
とＡｌとＴａとからなり、当該保護膜を１層とするには
Ｔａをエッチングしたものであることを特徴とするイン
クジェットヘッド。
【請求項２２】請求項１４記載のインクジェットヘッ
ドにおいて、保護膜がＳｉ₃ Ｎ₄ とＡｌとＳｉ₃ Ｎ₄ か
らなり、当該保護膜の一部は、最上層のＳｉ₃ Ｎ₄ をエ
ッチングすることにより膜厚が変えられていることを特
徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２３】請求項１〜２２の何れかに記載のイン
クジェットヘッドを具えたインクジェット記録装置であ
って、前記インクジェットヘッドが記録装置本体に対し
て着脱可能であることを特徴とするインクジェット記録
装置。